一种实验室自行控制沉桩装置的制作方法

本发明属于交通运输及建筑试验设备技术领域，涉及一种实验室自行控制沉桩装置。

背景技术：
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近年来，我国基础建设不断发展，在交通运输及建筑施工中桩基础作为一种必不可少的基础类型，由于其承载力高、质量可靠、制桩速度快、施工方便、现场整洁、较为经济、对周围环境影响小等优点得到越来越广泛的应用。就迫切需要对开口管桩的承载性能进行研究，因此，需要进行大量的实验室模型管桩试验，为预制管桩现场施工提供可靠的理论依据。现有的实验室沉桩装置大多数为固定位置不可移动的，而少数可以水平移动的沉桩装置体积较小，限制了模型桩的尺寸，使得尺寸效应明显，偏心大，误差大，试验效果不理想，因此，需要设计一种实验室自行控制沉桩装置，以满足实验室模型管桩的沉桩试验。

技术实现要素：
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本发明目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种实验室自行控制沉桩装置，在确定沉桩位置之后，通过实验室自行控制沉桩装置能方便、快速、准确的将管桩沉入到指定位置，实现实验室模型管桩的试验。

为了实现上述目的，本发明所述实验室自行控制沉桩装置的主体结构包括模型箱系统、加载系统、激光位移采集系统、垂直度监测系统和控制系统五个功能部分，模型箱系统包括模型箱、可视窗口、排水口、卸砂口，模型箱的长×宽×高为3000mm×3000mm×2000mm，模型箱的底板为厚度14mm的钢板，四周框架由截面为100mm的正方形槽钢焊接而成；可视窗口是在模型箱中上部将钢板换作一个透明有机玻璃而成；模型箱的底板四个角上开四个30mm的圆孔作为排水口，并用带球型阀门的钢管与圆孔焊接而成；模型箱正面设有卸砂口，卸砂口采用长×宽×厚为900mm×900mm×6mm的方便拆卸钢板安装而成；加载系统包括反力装置和动力装置，反力装置由底座和上部反力架构成，底座采用320工字钢螺栓连接而成，上部反力架由四个反力柱、两个反力主梁、一个反力次梁、齿轮、齿条和电机组成，上部反力架的柱、梁均为320的工字钢螺栓连接而成，反力主梁与反力柱连接，反力次梁与反力主梁通过滑动块连接，上部反力架的柱、梁上都安装有齿轮和齿条，反力主梁通过反力柱上的齿轮和齿条在电机的带动下上下移动位置，反力次梁通过反力主梁上的齿轮和齿条在电机的带动下实现前后的移动，反力次梁上的滑动块通过齿轮和齿条在电机的带动下实现左右的移动，动力装置由液压油缸、高压油泵、加载控制器构成，加载控制器通过数据线与高压油泵连接，高压油泵通过油管与液压油缸连接，加载控制器控制高压油泵给油或者回油，进而实现液压油缸的加压或者卸压；激光位移采集系统由水平、竖向微型激光位移计构成，水平微型激光位移计安装在模型箱的内侧面顶部，用于确定模型桩的水平位置，竖向微型激光位移计安装在反力次梁的下底面上，用于确定动力装置距离土样的竖向距离；垂直度监测系统由水准尺和微型激光位移计构成，沉桩位置确定后，将模型桩放置沉桩位置，用水准尺调整模型桩的垂直度，四个微型激光位移计分别固定在模型箱的四个角不同高度处的水平面上，实时采集模型桩的位移变化，监测模型桩的垂直度；控制系统包括笔记本电脑、数据线和plc操作控制器，笔记本电脑通过数据线采集激光位移采集系统和垂直度监测系统的数据信息，笔记本电脑对采集到的数据信息进行处理后传送到plc操作控制器，通过plc操作控制器对各个系统的运动状态进行调整以达到试验需要的状态。

本发明所述320工字钢在腹板上焊接加劲板，加劲板的两端分别与翼缘板焊接。

本发明所述实验室自行控制的沉桩装置的各部分连接都是通过可调节的高强度螺栓进行连接，连接孔都是预先开好的螺栓孔。

本发明所述连接处的螺栓孔旁边都布置了水准尺，水准尺也是通过螺栓连接，提前安装调试好。

本发明所述微型激光位移计的测试距离为50米的强光激光位移计，误差为1/1000，自身带水准器的微型激光位移计。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：一是结构简单，易操作，可以根据模型桩的尺寸调节反力装置从而改变加载系统的高度以及位置，可以实时监测桩的垂直度保证沉桩工作顺利进行，不仅提高了实验室模型桩的试验效率，而且保证试验的质量，能实现多种尺寸模型桩的沉桩试验，并且不需要使用加载杆作为辅助加载，减少沉桩试验的偏心误差；二是在所有螺栓连接处安装水准尺可以保证螺栓连接的可靠性和安装的正确性，确保加载系统的垂直度，保证沉桩试验时的垂直度；三是所有的微型激光位移传感器自身带水准器，安装时可以保证其安装的正确性和可靠性，在模型箱的内侧面顶部和次梁的下底面上安装微型激光位移计可以根据模型桩的尺寸大小以及沉桩位置确定加载系统的位置，在模型箱顶端的四个角上安装微型激光位移计可以在沉桩过程中时刻监测桩是否倾斜，及时纠正桩体确保其垂直度，从而确保模型桩沉桩试验的成功。

附图说明：

图1为本发明所述实验室自行控制沉桩装置的主体结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例：

本实施例所述实验室自行控制沉桩装置的主体结构包括模型箱系统、加载系统、激光位移采集系统、垂直度监测系统和控制系统五个功能部分，模型箱系统包括模型箱12、可视窗口13、排水口16、卸砂口14，模型箱12尺寸为3000mm×3000mm×2000mm(长×宽×高)，模型箱12底板厚度为14mm的钢板，四周框架由截面为100mm正方形的槽钢焊接而成；可视窗口13是在模型箱12中上部将钢板换作一个透明有机玻璃；排水口16是在模型箱12的底板四个角上开四个30mm的圆孔，并用带球型阀门的钢管与圆孔焊接而成；卸砂口14是在模型箱12正面用螺栓安装长×宽×厚为900mm×900mm×6mm的方便拆卸钢板；加载系统包括反力装置和动力装置，反力装置由底座17和上部反力架构成，底座17用320工字钢螺栓连接而成，上部反力架由四个反力柱1、两个反力主梁2、一个反力次梁7、齿轮8齿条3和电机4组成，反力架的柱、梁均为320的工字钢螺栓连接而成，反力主梁2与反力柱1连接，反力次梁7与反力主梁2通过滑动块5连接，柱、梁上都安装有齿轮8齿条3，主梁2通过反力柱1上齿轮8齿条3在电机4的带动下可以上下移动位置，次梁7通过反力主梁2上齿轮8齿条3在电机4的带动下可以实现前后的移动，而反力次梁7上的滑动块5通过齿轮8齿条3在电机4的带动下可以实现左右的移动，动力装置由液压油缸6、高压油泵18、加载控制器19构成，加载控制器19通过数据线与高压油泵18连接，高压油泵18通过油管9与液压油缸6连接，加载控制器19控制高压油泵18给油或者回油，进而实现液压油缸6的加压或者卸压；激光位移采集系统由水平、竖向微型激光位移计11构成，水平微型激光位移计11安装在模型箱12的内侧面顶部，用于确定模型桩的水平位置，竖向微型激光位移计11安装在次梁7的下底面上，用于确定动力装置距离土样的竖向距离；垂直度监测系统由水准尺10和微型激光位移计11构成，沉桩位置确定后，将模型桩放置沉桩位置，用水准尺10调整模型桩的垂直度，然后将四个微型激光位移计11固定在模型箱12的四个角上，实时采集模型桩的位移变化，监测模型桩的垂直度；控制系统包括笔记本电脑22、数据线21和plc操作控制器20，笔记本电脑22通过数据线21采集激光位移采集系统和垂直度监测系统的数据信息，笔记本电脑22对采集到的数据信息进行处理后传送到plc操作控制器20，通过plc操作控制器20对各个系统的运动状态进行调整以达到试验需要的状态。

本发实施例所述320工字钢在腹板上焊接加劲板，加劲板的两端分别与翼缘板焊接。

本实施例所述实验室自行控制的沉桩装置的各部分连接都是通过可调节的高强度螺栓进行连接，连接孔都是预先开好的螺栓孔。

本实施例所述连接处的螺栓孔旁边都布置了水准尺，水准尺也是通过螺栓连接，提前安装调试好。

本实施例所述微型激光位移计11的测试距离为50米的强光激光位移计，误差为1/1000，自身带水准器的微型激光位移计。